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JP2953350B2 - Method for manufacturing molten carbonate fuel cell - Google Patents
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JP2953350B2 - Method for manufacturing molten carbonate fuel cell - Google Patents

Method for manufacturing molten carbonate fuel cell

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JP2953350B2
JP2953350B2 JP7173819A JP17381995A JP2953350B2 JP 2953350 B2 JP2953350 B2 JP 2953350B2 JP 7173819 A JP7173819 A JP 7173819A JP 17381995 A JP17381995 A JP 17381995A JP 2953350 B2 JP2953350 B2 JP 2953350B2
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carbonate
fuel cell
electrolyte
hydrophobic
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昇平 魚住
一男 岩本
重徳 光島
聡 黒江
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溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電解質を利用した燃料
電池に係り、特に、電解質としての炭酸リチウムなどの
溶融炭酸塩と、電解質保持材としてのリチウムアルミネ
ートとから構成される溶融炭酸塩形燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell using an electrolyte, and more particularly to a molten carbonate composed of a molten carbonate such as lithium carbonate as an electrolyte and a lithium aluminate as an electrolyte holding material. Fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の溶融炭酸塩形燃料電池に関して
は、例えば、特開昭59−217956号および特開昭61−1933
47号公報には、アルミン酸リチウムとエタノール及びポ
リビニルブチラールなどの混合スラリーをシート状に成
形する方法が、また特開昭60−72172号、特開昭60−817
72号、特開平1−206568号公報などに、水溶液系抄紙法
による成形法が開示されている。 一方、特開昭6
1−147459号および特開昭62−51166号公報には、電極触
媒層をフッ素樹脂と疎水性カーボン等により形成する方
法が開示されている。
2. Description of the Related Art A conventional molten carbonate fuel cell is disclosed in, for example, JP-A-59-217956 and JP-A-61-1933.
No. 47 discloses a method in which a mixed slurry of lithium aluminate, ethanol and polyvinyl butyral is formed into a sheet, and is disclosed in JP-A-60-72172 and JP-A-60-817.
No. 72, JP-A-1-206568 and the like disclose a molding method by an aqueous papermaking method. On the other hand, JP
JP-A-1-147459 and JP-A-62-51166 disclose a method of forming an electrode catalyst layer from a fluororesin and hydrophobic carbon.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、炭酸塩の吸湿やその影響による変形等に対
する対策は開示されておらず、特に、原材料や電解質層
等の取扱いについて考慮されていないものである。すな
わち、電解質としての炭酸塩と電解質保持材としてのリ
チウムアルミネートは、非常に強い吸湿性を有してい
る。そのため、原材料としての炭酸塩やリチウムアルミ
ネートの保管中の吸湿は勿論のこと、それら原材料から
製造された半製品としての電解質層の、製造工程中や保
管中の吸湿に対しても、取扱いの点から留意する必要が
ある。
However, the above-mentioned prior art does not disclose measures against moisture absorption of carbonates and deformation due to the influence thereof, and does not particularly consider handling of raw materials and electrolyte layers. Things. That is, the carbonate as the electrolyte and the lithium aluminate as the electrolyte holding material have extremely strong hygroscopicity. Therefore, the handling of not only moisture absorption during storage of carbonates and lithium aluminates as raw materials, but also absorption of moisture during the manufacturing process and storage of the electrolyte layer as a semi-finished product manufactured from these raw materials, We need to keep this in mind.

【0004】炭酸塩が吸湿すると、リチウムアルミネー
トがその影響を受け、水和反応などによって、電解質層
にそりやうねり、あるいは凹凸という変形が発生する。
また、リチウムアルミネートの結晶相が変質して電解質
層に亀裂が発生する。従って、良質の電解質層の製造が
困難となる。さらに、稼動中の電池からの反応ガスのク
ロスリークや電解質の流出、あるいは電池の内部抵抗の
増大が起こり、性能のバラツキや低下、寿命の低下の原
因となっている。さらに、一旦電解質層が吸湿するとそ
の乾燥に長時間を要し製造価格の高騰を招く原因ともな
っている。
[0004] When the carbonate absorbs moisture, the lithium aluminate is affected by the moisture, and the electrolyte layer is deformed by warping, undulation, or unevenness due to a hydration reaction or the like.
In addition, the crystal phase of lithium aluminate is altered and cracks are generated in the electrolyte layer. Therefore, it is difficult to manufacture a high quality electrolyte layer. Furthermore, cross-leakage of the reaction gas and outflow of the electrolyte from the battery during operation, or an increase in the internal resistance of the battery occur, causing variations in performance, a decrease in the performance, and a decrease in the service life. Further, once the electrolyte layer absorbs moisture, it takes a long time to dry the electrolyte layer, which causes a rise in manufacturing cost.

【0005】従って、本発明の目的は、炭酸塩の吸湿を
抑制し、リチウムアルミネ−トの変質等を防止し、品質
の良い電解質層を容易に安く作製することにある。即
ち、炭酸塩およびリチウムアルミネート、または電解質
層の品質管理を容易にし、信頼性の高い電解質層を経済
的に製造すると共に、性能や寿命が安定した溶融炭酸塩
形燃料電池を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to suppress the moisture absorption of carbonate, prevent the deterioration of lithium aluminate, and easily and inexpensively produce a high quality electrolyte layer. That is, to facilitate the quality control of the carbonate and lithium aluminate or the electrolyte layer, economically produce a highly reliable electrolyte layer, and provide a molten carbonate fuel cell having stable performance and life. is there.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的は、電解質とし
ての炭酸塩と電解質保持材としてのリチウムアルミネー
トとを含む溶融炭酸塩形燃料電池の製造方法において、
炭酸塩とリチウムアルミネートとを疎水性化材料により
疎水性化することにより達成される。
The object of the present invention is to provide a method of manufacturing a molten carbonate fuel cell containing a carbonate as an electrolyte and a lithium aluminate as an electrolyte holding material.
This is achieved by rendering the carbonate and lithium aluminate hydrophobic with a hydrophobizing material.

【0007】具体的には、電解質としての炭酸塩と電解
質保持材としてのリチウムアルミネートとから構成され
る電解質層を備える溶融炭酸塩形燃料電池の製造方法
おいて、前記電解質層は、前記炭酸塩を疎水性化材料に
より予め疎水性化した疎水性炭酸塩と、前記リチウムア
ルミネートを疎水性化材料により予め疎水性化した疎水
性リチウムアルミネートをそれぞれシート状に成形して
重ね合わせたことを特徴とする溶融炭酸塩形燃料電池の
製造方法により達成される。
[0007] Specifically, <br/> Oite method of manufacturing a molten carbonate fuel cell comprising an electrolyte layer composed of a carbonate as an electrolyte lithium aluminate as an electrolyte holding material, the electrolyte layer, a hydrophobic carbonate previously hydrophobized by the carbonate hydrophobizing material, the lithium aluminate is molded preliminarily hydrophobized hydrophobic lithium aluminate in each sheet by hydrophobing material hand
The molten carbonate fuel cell characterized by being superposed
This is achieved by a manufacturing method .

【0008】[0008]

【作用】炭酸塩及びリチウムアルミネ−トを疎水性化す
ることにより、炭酸塩やリチウムアルミネ−トという原
材料、および、それらから作製された電解質層の吸湿が
抑制されるので、電解質層の変質や変形が防止され、電
解質層の品質が向上し、電池性能の安定化および電池寿
命の改善が図れる。
By making the carbonate and lithium aluminate hydrophobic, the raw materials of carbonate and lithium aluminate and the moisture absorption of the electrolyte layer made therefrom are suppressed, so that the deterioration of the electrolyte layer and Deformation is prevented, the quality of the electrolyte layer is improved, and battery performance is stabilized and battery life is improved.

【0009】[0009]

【実施例】従来、炭酸塩とリチウムアルミネートとから
作製された溶融炭酸塩形燃料電池用の電解質層に関して
いろいろ記述されているが、炭酸塩の吸湿が該電解質層
の物性変化に与える影響の問題に対しては、全く考慮さ
れていなかった。それで当発明者らは、問題を解決する
ため種々検討を重ねた。例えば、リチウムアルミネート
を原料とし、溶媒にテトラクロロエチレン、トリクロロ
エチレンを用い、バインダーとしてポリビニルブチラー
ルを加え、ドクターブレード法により0.5mmのシー
トを作製した。このシートに、炭酸リチウムと炭酸カリ
ウム(62:38のモル%比)を混合した炭酸塩を、ポ
リエチレングリコールでペースト状にして塗布し、電解
質層を製作した。そして、該電解質層からなる電池の性
能を評価した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various descriptions have been made on electrolyte layers for molten carbonate fuel cells made from carbonate and lithium aluminate. Conventionally, the effect of moisture absorption of carbonate on changes in the physical properties of the electrolyte layer has been described. The problem was not considered at all. Therefore, the present inventors have conducted various studies to solve the problem. For example, a sheet of 0.5 mm was prepared by a doctor blade method using lithium aluminate as a raw material, using tetrachloroethylene and trichloroethylene as a solvent, and adding polyvinyl butyral as a binder. To this sheet, a carbonate in which lithium carbonate and potassium carbonate (62:38 mol% ratio) were mixed was applied in the form of a paste with polyethylene glycol to form an electrolyte layer. Then, the performance of the battery comprising the electrolyte layer was evaluated.

【0010】ところが、電解質層の原料ロットの違いや
製造月日の違い、あるいは保管日数の違いにより電池性
能に大きな差があることが判った。その原因について検
討した結果、電解質層に含まれる水分量が大きく影響し
ていることが判明した。そこで、電解質層を恒温恒湿中
で製造したが、製品のバラツキは少なくなったけれども
十分ではなかった。この原因は、電解質層製造現場の湿
度管理に限界があること、電池組立に長時間を要するた
め徐々に水分を吸収し電解質層に悪影響を与えることで
あると判明した。
However, it has been found that there is a large difference in battery performance due to a difference in the raw material lot of the electrolyte layer, a difference in the production date, or a difference in the number of storage days. As a result of examining the cause, it was found that the amount of water contained in the electrolyte layer had a large effect. Therefore, the electrolyte layer was manufactured in a constant temperature and constant humidity, but the product variation was reduced but not sufficient. It has been found that the cause is that there is a limit to the humidity control at the electrolyte layer manufacturing site and that the battery assembly takes a long time to gradually absorb moisture and adversely affect the electrolyte layer.

【0011】そして、電解質層が吸湿するとリチウムア
ルミネ−トに水和反応や加水分解反応が起こり、電解質
層に“そり”や“うねり”が発生し割れの原因となる。
また、電解質層が粗孔化し電池内部で反応ガスのクロス
リークが起こったり、内部抵抗が増大して、性能及び寿
命を低下させる原因となることも判った。最終的には、
信頼性の高い電解質層を作製するには、電解質層を吸湿
をしない状態に成形する必要があり、その方法としては
電解質層の原材料である炭酸塩及びリチウムアルミネ−
トを疎水性化することが最も有効であることが判明し
た。そして、電解質層の製造工程や保管中あるいは電池
組立て工程における炭酸塩及びリチウムアルミネ−トの
吸湿や変形等を防止して、品質の良い電解質層が作製で
きることを確認した。
[0011] When the electrolyte layer absorbs moisture, a hydration reaction or a hydrolysis reaction occurs in the lithium aluminate, causing "slipping" or "undulation" in the electrolyte layer, which causes cracking.
It has also been found that the electrolyte layer becomes coarse and pores, and cross-leak of the reaction gas occurs inside the battery, and the internal resistance increases, which causes a reduction in performance and life. Eventually,
In order to produce a highly reliable electrolyte layer, it is necessary to mold the electrolyte layer so as not to absorb moisture. For example, carbonate and lithium aluminum which are raw materials of the electrolyte layer are used.
It has been found that hydrophobizing the gel is most effective. Then, it was confirmed that a high quality electrolyte layer can be produced by preventing the carbonate and lithium aluminate from absorbing and deforming during the manufacturing and storage of the electrolyte layer or during the battery assembly process.

【0012】次に、本発明による実施例と、それに対す
る確認実験を示し、さらに詳細に説明する。 実施例1.図1は、本発明による一実施例の溶融炭酸塩
形燃料電池を示す断面図である。実施例1.は、図1に
示された構成である。尚、実施例2.および 3.も図
1に示された構成と同じである。
Next, an embodiment according to the present invention and an experiment for confirming the embodiment will be shown and described in further detail. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a molten carbonate fuel cell according to one embodiment of the present invention. Embodiment 1 FIG. Is the configuration shown in FIG. Example 2. And 3. Is also the same as the configuration shown in FIG.

【0013】炭酸リチウム/炭酸カリウム(62:38
モル%比)混合粉末42gとγ−リチウムアルミネート
粉末(比表面積:23m2/g)58gに、フッ素樹脂
のポリテトラフルオロエチレン粉末5.3gを加え、振
動ミルで3時間混合し、疎水性化した。即ち、疎水性電
解質層となり得る素材を作製した。その後350℃で5
時間 加熱し、急速乾燥した。これに、ポリビニールブ
チラール30g、メタノール94ml、n−ブタノール
142ml及びブチルフェノルグリコール酸ブチル10
mlを加え、ボールミルで15時間室温で混練して、粘
度約120ポイズのスラリーを調製した。
Lithium carbonate / potassium carbonate (62:38)
Molar% ratio) To 42 g of the mixed powder and 58 g of γ-lithium aluminate powder (specific surface area: 23 m 2 / g), 5.3 g of polytetrafluoroethylene powder of a fluororesin was added, and mixed for 3 hours with a vibration mill to obtain hydrophobicity. It has become. That is, a material capable of forming a hydrophobic electrolyte layer was prepared. Then at 350 ° C 5
Time Heated and dried quickly. To this, 30 g of polyvinyl butyral, 94 ml of methanol, 142 ml of n-butanol and 10 ml of butyl butylphenol glycolate were added.
The resulting mixture was kneaded with a ball mill for 15 hours at room temperature to prepare a slurry having a viscosity of about 120 poise.

【0014】このスラリーを真空ポンプで減圧脱気した
後ドクターブレード法で厚さ0.4mm、幅200mm
にシート状に成形して、シート状の疎水性電解質層とし
ての電解質層3を作製した。尚、シート状という形状に
拘束されるものではない。そして、この電解質層3をア
ノード電極2とカソード電極4で挾み、さらに、セパレ
ータ1,5にて積層し、溶融炭酸塩形燃料電池を完成し
た。
The slurry was degassed under reduced pressure by a vacuum pump, and then was 0.4 mm thick and 200 mm wide by a doctor blade method.
To form a sheet-like electrolyte layer 3 as a hydrophobic electrolyte layer. In addition, it is not restricted to the shape of a sheet. Then, the electrolyte layer 3 was sandwiched between the anode electrode 2 and the cathode electrode 4 and further laminated by the separators 1 and 5 to complete a molten carbonate fuel cell.

【0015】実施例2.炭酸リチウム/炭酸カリウム
(62:38モル%比)混合粉末42gとγ−リチウム
アルミネート粉末(比表面積:23m2/g)58g
に、油脂類としてのステアリン酸を5.3gを加え、振
動ミルで3時間混合し、疎水性化した。その後、80℃
で5時間、加熱乾燥した。これに、ポリビニールブチラ
ール30g、メタノール94ml、n−ブタノール14
2ml及びブチルフェノルグリコール酸ブチル10ml
を加え、ボールミルで15時間室温で混練して、粘度約
120ポイズのスラリーを調製した。
Embodiment 2 FIG. 42 g of lithium carbonate / potassium carbonate (62:38 mol% ratio) mixed powder and 58 g of γ-lithium aluminate powder (specific surface area: 23 m 2 / g)
Then, 5.3 g of stearic acid as oils and fats was added thereto, and the mixture was mixed with a vibration mill for 3 hours to make it hydrophobic. Then 80 ° C
For 5 hours. To this, 30 g of polyvinyl butyral, 94 ml of methanol, 14 n-butanol
2ml and butyl phenol glycolate 10ml
Was added and kneaded with a ball mill for 15 hours at room temperature to prepare a slurry having a viscosity of about 120 poise.

【0016】このスラリーを真空ポンプで減圧脱気した
後ドクターブレード法で厚さ0.4mm、幅200mm
にシート状に成形して、電解質層3を作製した。そし
て、この電解質層3をアノード電極2とカソード電極4
で挾み、さらに、セパレータ1,5にて積層して溶融炭
酸塩形燃料電池を完成した。尚、油脂類として、パラフ
ィン系油またはナフテン系油またはグリス状油等の疎水
性化材料を用いて同様に疎水性化にすることができるこ
とを確認している。また、樹脂類として、フッ素樹脂以
外にポリアミド樹脂なども同様に疎水性化材料として用
いられる。
The slurry is degassed under reduced pressure by a vacuum pump and then 0.4 mm thick and 200 mm wide by a doctor blade method.
To form an electrolyte layer 3. Then, the electrolyte layer 3 is connected to the anode electrode 2 and the cathode electrode 4.
, And laminated by separators 1 and 5 to complete a molten carbonate fuel cell. In addition, it has been confirmed that a hydrophobizing material such as a paraffinic oil, a naphthenic oil, or a grease-like oil can be similarly used as the fats and oils to make the material hydrophobic. As resins, polyamide resins and the like are also used as hydrophobic materials in addition to fluororesins.

【0017】比較例1.比較例1.は、後述する確認実
験の供試品を作製したものである。即ち、疎水性化材料
による疎水性化は行われていないものである。炭酸リチ
ウム/炭酸カリウム(62:38モル%比)混合粉末4
2gとγ−リチウムアルミネート粉末(比表面積:23
2/g)58gに、ポリビニールブチラール30g、
メタノール94ml、n−ブタノール142ml及びブ
チルフェノルグリコール酸ブチル10mlを加え、ボー
ルミルで15時間室温で混練して、スラリーを調製し
た。このスラリーを真空ポンプで減圧脱気した後、ドク
ターブレード法で、厚さ0.4mm、幅200mmに製
板化して電解質層を作製した。そして、溶融炭酸塩形燃
料電池を完成した。
Comparative Example 1 Comparative Example 1 Is a sample prepared for a test to be described later. That is, the material is not hydrophobized by the hydrophobizing material. Lithium carbonate / potassium carbonate (62:38 mol% ratio) mixed powder 4
2 g and γ-lithium aluminate powder (specific surface area: 23
m 2 / g) 58 g, polyvinyl butyral 30 g,
94 ml of methanol, 142 ml of n-butanol and 10 ml of butyl butylphenol glycolate were added and kneaded with a ball mill for 15 hours at room temperature to prepare a slurry. The slurry was degassed under reduced pressure by a vacuum pump, and then made into a plate having a thickness of 0.4 mm and a width of 200 mm by a doctor blade method to produce an electrolyte layer. Then, a molten carbonate fuel cell was completed.

【0018】実施例3.炭酸リチウム/炭酸カリウム
(62:38モル%比)混合粉末42gとγ−リチウム
アルミネート粉末(比表面積:23m2/g)58g
に、ナフテン系鉱油(サンセンオイル#480)17.
6mlを加え、ニーダにより3時間、混練疎水性化し、
50℃で15時間ゆっくり乾燥した。尚、長時間放置し
てもよいが、実施例1.または2.のように、熱処理乾
燥する方が製造時間の短縮になり有効である。
Embodiment 3 FIG. 42 g of lithium carbonate / potassium carbonate (62:38 mol% ratio) mixed powder and 58 g of γ-lithium aluminate powder (specific surface area: 23 m 2 / g)
17. Naphthenic mineral oil (Sansen Oil # 480)
6 ml was added, and the mixture was kneaded and hydrophobicized by a kneader for 3 hours.
Dry slowly at 50 ° C. for 15 hours. In addition, although it may be left for a long time, Example 1. Or 2. As described above, it is more effective to dry by heat treatment because the production time is shortened.

【0019】これに、ポリエチレンオキサイド5gとポ
リエチレングリコール100g及びグリセリン10gを
加え、ボールミルで20時間室温で混練して、粘度約1
40ポイズのスラリーを調製した。このスラリーを真空
ポンプで減圧脱気した後、ドクターブレード法で厚さ
0.45mm、幅200mmに製板化して、電解質層3
を作製した。そして、この電解質層3をアノード電極2
とカソード電極4で挾み、さらに、セパレータ1,5に
て積層して溶融炭酸塩形燃料電池を完成した。
To this, 5 g of polyethylene oxide, 100 g of polyethylene glycol and 10 g of glycerin were added and kneaded in a ball mill for 20 hours at room temperature to give a viscosity of about 1
A 40 poise slurry was prepared. This slurry was degassed under reduced pressure by a vacuum pump, and then made into a plate having a thickness of 0.45 mm and a width of 200 mm by a doctor blade method.
Was prepared. Then, this electrolyte layer 3 is connected to the anode electrode 2.
And a cathode electrode 4, and further laminated by separators 1, 5 to complete a molten carbonate fuel cell.

【0020】比較例2.比較例2.も、後述する確認実
験に供するもので、疎水性化材料による疎水性化が行わ
れていないものである。炭酸リチウム/炭酸カリウム
(62:38モル%比)混合粉末42gとγ−リチウム
アルミネート粉末(比表面積:23m2/g)58g
に、ポリエチレンオキサイド5gとポリエチレングリコ
ール160g及びグリセリン10gを加え、ボールミル
で15時間室温で混練して、粘度約140ポイズのスラ
リーを調製した。このスラリーを真空ポンプで減圧脱気
した後、ドクターブレード法で、厚さ0.45mm、幅
200mmに製板化して電解質層を作製した。そして、
溶融炭酸塩形燃料電池を完成した。
Comparative Example 2 Comparative Example 2. These are also used for confirmation experiments to be described later, and have not been made hydrophobic by a hydrophobizing material. 42 g of lithium carbonate / potassium carbonate (62:38 mol% ratio) mixed powder and 58 g of γ-lithium aluminate powder (specific surface area: 23 m 2 / g)
Then, 5 g of polyethylene oxide, 160 g of polyethylene glycol and 10 g of glycerin were added and kneaded with a ball mill for 15 hours at room temperature to prepare a slurry having a viscosity of about 140 poise. This slurry was degassed under reduced pressure by a vacuum pump, and then made into a plate having a thickness of 0.45 mm and a width of 200 mm by a doctor blade method to produce an electrolyte layer. And
A molten carbonate fuel cell was completed.

【0021】ここで、有機系高分子バインダー及び溶媒
を添加して混合し、スラリーを調製することについて説
明する。スラリーは、電解質層等をシート状に成形する
場合に適しているから採用しているが、拘束されるもの
ではない。有機系高分子バインダ−に、ポリビニルブチ
ラール、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリエチレングリコール、メチルセルロース、カル
ボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、ブタジェン共重合体等から選ばれた、一種及び/ま
たは二種以上の混合物を用いることができる。これらの
有機系高分子バインダ−は熱分解特性に優れており電解
質層の成形用バインダーとして有効である。
Here, preparation of a slurry by adding and mixing an organic polymer binder and a solvent will be described. The slurry is used because it is suitable for forming the electrolyte layer or the like into a sheet shape, but is not restricted. Using one or more and / or a mixture of two or more kinds selected from polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyethylene glycol, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, butadiene copolymer, and the like as the organic polymer binder. Can be. These organic polymer binders have excellent thermal decomposition characteristics and are effective as a binder for forming an electrolyte layer.

【0022】また、溶媒には、エチルアルコール、メタ
ノール、ブタノール、プロビルアルコール、メチルイソ
ブチルケトン、トルエン、キシレン、イソプロピルアル
コール、グリセリン等から選ばれた、一種及び/または
二種以上の混合溶媒を用いると良い。これらの溶媒は、
後述する、電解質層の原材料を個別にシート化する場合
のスラリー調製材として、好適であることが確認され
た。さらに、リチウムアルミネートまたは炭酸塩の表面
を疎水性化した後、さらに界面活性剤等により親水性化
することにより、溶媒として水を適用してもリチウムア
ルミネート及び炭酸塩が変質しないことを確認してい
る。さらに、スラリーを調製する際の可塑剤として、グ
リセリン、フタール酸エステル、ジプロピルグリコール
等を少量添加すると、成形性が良くなることも確認して
いる。
As the solvent, one and / or a mixed solvent of two or more selected from ethyl alcohol, methanol, butanol, propyl alcohol, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, isopropyl alcohol, glycerin and the like is used. And good. These solvents are
It was confirmed that it is suitable as a slurry preparation material when the raw materials of the electrolyte layer are individually formed into sheets, which will be described later. Furthermore, after hydrophobizing the surface of lithium aluminate or carbonate, it was further hydrophilized with a surfactant or the like to confirm that lithium aluminate and carbonate did not change even when water was applied as a solvent. doing. Furthermore, it has been confirmed that when a small amount of glycerin, phthalic acid ester, dipropyl glycol, or the like is added as a plasticizer when preparing a slurry, moldability is improved.

【0023】実施例4.図2は、 本発明による他の実
施例の溶融炭酸塩形燃料電池を示す断面図である。実施
例4.は、図2に示された構成である。γ−リチウムア
ルミネート粉末(比表面積:23m2/g)98gに、
油脂類としてのオレイン酸2gを加え、振動ミルで3時
間混合し疎水性化した。すなわち、疎水性リチウムアル
ミネートを作製した。その後、50℃で1時間、加熱乾
燥した。 これに、ポリビニールブ
チラール30g、メタノール94ml、n−ブタノール
142ml及びブチルフェノルグリコール酸ブチル10
mlを加え、ボールミルで15時間室温で混練して、粘
度約115ポイズのスラリーを調製した。このスラリー
を真空ポンプで減圧脱気した後、ドクターブレード法で
厚さ0.35mm、幅200mmにシート状に成形し
て、リチウムアルミネ−トシート6を作製した。
Embodiment 4 FIG. FIG. 2 is a sectional view showing a molten carbonate fuel cell according to another embodiment of the present invention. Embodiment 4. FIG. Is the configuration shown in FIG. 98 g of γ-lithium aluminate powder (specific surface area: 23 m 2 / g)
2 g of oleic acid as fats and oils was added, and mixed with a vibration mill for 3 hours to make them hydrophobic. That is, a hydrophobic lithium aluminate was produced. Then, it heat-dried at 50 degreeC for 1 hour. To this, 30 g of polyvinyl butyral, 94 ml of methanol, 142 ml of n-butanol and 10 ml of butyl butylphenol glycolate were added.
The resulting mixture was kneaded with a ball mill for 15 hours at room temperature to prepare a slurry having a viscosity of about 115 poise. The slurry was degassed under reduced pressure by a vacuum pump, and then formed into a sheet having a thickness of 0.35 mm and a width of 200 mm by a doctor blade method, thereby producing a lithium aluminum sheet 6.

【0024】一方、炭酸リチウム/炭酸カリウム(6
2:38モル%比)混合粉末 95gに、油脂類として
のステアリン酸5gを加え、振動ミルで3時間混合し疎
水性化した。すなわち、疎水性炭酸塩を作製した。その
後、80℃で5時間、加熱乾燥した。これに、ポリビニ
ールブチラール20g、メタノール94ml、n−ブタ
ノール142ml及びブチルフェノルグリコール酸ブチ
ル10mlを加え、ボールミルで15時間室温で混練し
て、スラリーを調製した。このスラリーを真空ポンプで
減圧脱気した後、ドクターブレード法で厚さ0.3m
m、幅200mmにシート状に成形して、炭酸塩シート
7を作製した。
On the other hand, lithium carbonate / potassium carbonate (6
To 95 g of the mixed powder, 5 g of stearic acid as oils and fats was added, and mixed with a vibration mill for 3 hours to make the mixture hydrophobic. That is, a hydrophobic carbonate was produced. Then, it heat-dried at 80 degreeC for 5 hours. To this, 20 g of polyvinyl butyral, 94 ml of methanol, 142 ml of n-butanol and 10 ml of butyl butylphenol glycolate were added and kneaded with a ball mill for 15 hours at room temperature to prepare a slurry. This slurry was degassed under reduced pressure by a vacuum pump, and then 0.3 m thick by a doctor blade method.
m and a width of 200 mm were formed into a sheet to prepare a carbonate sheet 7.

【0025】この炭酸塩シート7(12cm角)を、2
枚のリチウムアルミネ−トシート6(12cm角)にて
サンドイッチ状に挾んで、電解質層3を作製した。従っ
て、本実施例4.の場合も、疎水性電解質層としての電
解質層3は、シート状に成形されたものとなった。そし
て、この電解質層3をアノード電極2とカソード電極4
で挾み、さらに、セパレータ1,5にて積層し、溶融炭
酸塩形燃料電池を完成した。尚、ここで、スラリー粘度
は100〜150ポイズが適しており、シート成形にド
クターブレード法が好適であるが、製造法は特に限定さ
れるものでない。
This carbonate sheet 7 (12 cm square) is
The electrolyte layer 3 was produced by sandwiching it between two lithium aluminum sheets 6 (12 cm square) in a sandwich shape. Therefore, in the fourth embodiment. In this case, the electrolyte layer 3 as the hydrophobic electrolyte layer was formed into a sheet. Then, the electrolyte layer 3 is connected to the anode electrode 2 and the cathode electrode 4.
And further laminated by separators 1 and 5 to complete a molten carbonate fuel cell. Here, a slurry viscosity of 100 to 150 poise is suitable, and a doctor blade method is suitable for sheet molding, but the production method is not particularly limited.

【0026】次に、確認実験について説明する。 確認実験1.上記した実施例1〜4及び比較例1〜2
で、それぞれ作製した電解質層を、温度50℃、湿度6
0%の恒温槽に入れ24時間後に取り出して状況を観察
した。その確認実験結果を表1に示す。
Next, a confirmation experiment will be described. Confirmation experiment 1. Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 described above
Then, each of the prepared electrolyte layers was subjected to a temperature of 50 ° C. and a humidity of 6
It was placed in a 0% constant temperature bath, taken out 24 hours later, and observed. Table 1 shows the results of the confirmation experiment.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】この表1より、実施例1〜3の電解質層の
原材料を混合し疎水性化した電解質層、および、実施例
4の電解質層の原材料を個別に疎水性化し積層した電解
質層は、恒温恒湿槽の中でもそりや凹凸の発生がなく、
安定していることが判った。
From Table 1, it can be seen that the electrolyte layers obtained by mixing the raw materials of the electrolyte layers of Examples 1 to 3 to make them hydrophobic and the electrolyte layers obtained by individually making the raw materials of the electrolyte layers of Example 4 hydrophobic and laminated are: There is no warpage or unevenness even in a constant temperature and humidity chamber,
It turned out to be stable.

【0029】これに対し、疎水性化してない比較例1〜
2の電解質層は変形した。尚、上記の如く、電解質層の
原材料を個別に疎水性化したものから作製した電解質層
でも、同じ効果が得られることが判明した。従って、原
材料を疎水性化した原材料の状態で在庫することができ
るので、半製品としての電解質層を在庫する場合よりも
生産管理上有利な場合もあり、取扱いに便利である。
On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 which were not hydrophobized
The electrolyte layer of No. 2 was deformed. As described above, it has been found that the same effect can be obtained with an electrolyte layer made of a material in which the raw materials of the electrolyte layer are individually made hydrophobic. Therefore, since the raw material can be stocked in the state of the hydrophobicized raw material, it may be more advantageous in terms of production management than the case where the electrolyte layer as a semi-finished product is stocked, which is convenient for handling.

【0030】確認実験2.実施例1〜4及び比較例1〜
2で、それぞれ作製した電解質層を、Ni−Alからな
るアノード電極と、NiO−Agからなるカソ−ド電極
とで挾み、電極有効面積100cm2の単セルを構成し
た。この単セルを電池試験装置にセットし締め付け荷重
4kg/cm2を掛け、アノ−ド側には18%CO2−1
6%H2O−残部H2混合ガスを、また、カソ−ド側には
70%空気−30%CO2混合ガスを供給しながら、毎
時10℃の昇温速度で650℃昇温した。ついで、負荷
電流密度150mA/cm2における電池電圧の経時変
化を調べた。その発電試験結果を表2に示す。
Confirmation experiment 2. Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to
2, the electrolyte layer respectively prepared, an anode electrode made of Ni-Al, cathode consists NiO-Ag - sandwiched between cathode electrode, to constitute a unit cell of the effective electrode area of 100 cm 2. This single cell was set in a battery test apparatus, a tightening load of 4 kg / cm 2 was applied, and 18% CO 2 -1 was applied to the anode side.
The temperature was raised at 650 ° C. at a rate of 10 ° C./hour while supplying a 6% H 2 O-remainder H 2 mixed gas and a 70% air-30% CO 2 mixed gas to the cathode side. Next, the change with time in the battery voltage at a load current density of 150 mA / cm 2 was examined. Table 2 shows the results of the power generation test.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】この表2より、実施例1〜4の単セルは、
比較例1〜2の単セルに比較して、セル性能の経時変化
(低下)が非常に小さいことが判明した。
According to Table 2, the single cells of Examples 1 to 4 are:
It was found that the change over time (decrease) of the cell performance was very small as compared with the single cells of Comparative Examples 1 and 2.

【0033】確認実験3.確認実験2.において発電試
験をした単セル(電池)について、発電終了後に解体し
電解質層等を観察した。その解体観察結果を表3に示
す。
Confirmation experiment 3 Confirmation experiment 2. Was disassembled after power generation was completed, and the electrolyte layer and the like were observed. Table 3 shows the disassembly observation results.

【0034】[0034]

【表3】 [Table 3]

【0035】この表3より、観察結果では、実施例1〜
4の単セルは、比較例1〜2の単セルに比較して亀裂の
発生がなく、品質に優れ信頼性が高いことが判った。
According to Table 3, the observation results show that Examples 1 to
It was found that the single cell of No. 4 had no cracks as compared with the single cells of Comparative Examples 1 and 2, and had excellent quality and high reliability.

【0036】以上の実施例と確認実験より、次のことが
判明した。まず、リチウムアルミネートの粉末及び炭酸
塩の粉末に、疎水性化材料である樹脂類または油脂類等
を、1〜15wt%添加し、振動ミルやボールミル等で
撹拌混合し、粉末の表面を疎水性化した。その後、50
〜350℃で 1〜20時間乾燥した。この疎水性化に
よって吸湿が防止されることが判明した。また、疎水性
化材料の添加量は、1%以下ではリチウムアルミネート
粉末及び炭酸塩粉末の疎水性化が不十分となり、吸湿抑
制が不完全となる。また添加量が15%以上では、電解
質をシート化する際のスラリーの分散性に問題が残るこ
とが判明した。そして、熱処理乾燥温度については、5
0℃以下では原材料の粉末の疎水性化に不均質性が起こ
り、350℃以上では疎水性化材料の分解が起こり好ま
しくないことも判明した。
From the above examples and confirmation experiments, the following has been found. First, 1 to 15 wt% of a hydrophobic material such as a resin or an oil or fat is added to a lithium aluminate powder and a carbonate powder, and the mixture is stirred and mixed with a vibration mill or a ball mill to make the surface of the powder hydrophobic. Sexualized. Then 50
Dried at ~ 350 ° C for 1-20 hours. It has been found that this hydrophobicization prevents moisture absorption. On the other hand, if the amount of the hydrophobizing material added is 1% or less, the hydrophobization of the lithium aluminate powder and the carbonate powder becomes insufficient, and the suppression of moisture absorption becomes incomplete. Further, it was found that when the addition amount was 15% or more, a problem remained in the dispersibility of the slurry when the electrolyte was formed into a sheet. And about the heat treatment drying temperature, 5
It was also found that when the temperature was 0 ° C. or less, the hydrophobicity of the raw material powder became inhomogeneous.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、炭酸塩及びリチウムア
ルミネ−トを疎水性化することにより電解質層の吸湿を
防止し、品質の良い電解質層が作製でき、信頼性が高く
経済的で、性能の安定化と長寿命化が図れる溶融炭酸塩
形燃料電池が提供される。
According to the present invention, by making the carbonate and lithium aluminate hydrophobic, moisture absorption of the electrolyte layer can be prevented, and a high quality electrolyte layer can be manufactured. Provided is a molten carbonate fuel cell capable of achieving stable performance and long life.

【0038】また、電解質層の原材料、または半製品と
しての電解質層の、取扱いや在庫管理が容易となり生産
性に優れる効果もある。
In addition, there is an effect that the handling and inventory control of the raw material of the electrolyte layer or the electrolyte layer as a semi-finished product are facilitated and the productivity is excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による一実施例の溶融炭酸塩形燃料電池
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a molten carbonate fuel cell according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明による他の実施例の溶融炭酸塩形燃料電
池を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a molten carbonate fuel cell according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,5…セパレータ、2…アノード電極、3…電解質
層、4…カソード電極、6…リチウムアルミネ−トシー
ト、7…炭酸塩シート
1,5 ... separator, 2 ... anode electrode, 3 ... electrolyte layer, 4 ... cathode electrode, 6 ... lithium aluminum sheet, 7 ... carbonate sheet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光島 重徳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 黒江 聡 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平6−150947(JP,A) 特開 昭63−76267(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigetoku Mitsushima 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Satoshi Kuroe 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (56) References JP-A-6-150947 (JP, A) JP-A-63-76267 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , (DB name) H01M 8/00-8/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電解質としての炭酸塩と電解質保持材とし
てのリチウムアルミネートとから構成される電解質層を
備える溶融炭酸塩形燃料電池の製造方法において、前記
電解質層は、前記炭酸塩を疎水性化材料により予め疎水
化した疎水性炭酸塩と、前記リチウムアルミネートを疎
水性化材料により予め疎水化した疎水性リチウムアルミ
ネートをそれぞれシート状に成形して重ね合わせたこと
を特徴とする溶融炭酸塩形燃料電池の製造方法。
1. A method for manufacturing a molten carbonate fuel cell comprising an electrolyte layer composed of a carbonate as an electrolyte and a lithium aluminate as an electrolyte holding material, wherein the electrolyte layer makes the carbonate hydrophobic. Molten carbonate characterized in that a hydrophobic carbonate which has been previously hydrophobized by a hydrophobizing material and a hydrophobic lithium aluminate which has been obtained by hydrophobizing the lithium aluminate in advance by a hydrophobizing material are formed into a sheet shape and laminated. A method for manufacturing a salt fuel cell.
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